Steckverbinder für neue unbemannte Geräte

Posted By : Alice Matthews
Steckverbinder für neue unbemannte Geräte

Unbemannte Geräte und Systeme finden sich in fast allen Bereichen unseres Lebens – und es werden immer mehr. Wir entwickeln neue Systeme, die unsere Reichweite, Einblicke und Fähigkeiten durch ferngesteuerte Geräte verbessern. Dabei steigen aber auch die Anforderungen an die Elektronik, die diese Geräte steuert. Steckverbinder und Kabelsysteme wurden und werden schnell angepasst, um diesen Anforderungen gerecht zu werden. 

Autoren: Rory Jackson und Bob Stanton, Omnetics Connector

Zweckmäßigerweise hat diese präzise Technik dazu beigetragen, die Entwicklung und Fertigung neuer Kabel und Steckverbinder für anwendungsspezifische unbemannte Geräte zu beschleunigen.

Ferngesteuerte Geräte finden sich überall – von einfacher bodengestützter Robotertechnik über Dronen, die mit Kameras ausgestattet sind, bis hin zum Rover auf dem Mars. Jedes neue System scheint zuerst mit Standardbauteilen und -anschlüssen auf seinen Prototyp-Modulen ausgestattet zu werden. Sobald sich das Design weiterentwickelt und in die Systemerstellung übergeht, entstehen neue Anforderungen. Dazu zählen die Verkleinerung, Formanpassung und/oder Montageanforderungen. Extrem robuste Steckverbinder müssen möglicherweise genügend Strom übertragen, um schwere Maschinen anzusteuern, die unter gefährlichen Bedingungen eingesetzt werden. Ein Beispiel ist das Harris T7 EOD, ein Kampfmittelbeseitigungssystem (Bild). Geräte wie diese schützen und retten Leben im militärischen und zivilen Bereich.

Rundsteckverbinder, die in robusten Geräten und Maschinen zum Einsatz kommen, haben sich in vielerlei Hinsicht weiterentwickelt. Um dem heutigen Bedarf an Steckern mit kleinem Durchmesser gerecht zu werden, verkleinern viele Hersteller ältere Designs, um diese zu ihrem Angebot hinzuzufügen. Der bewährte Rundsteckverbinder Mil-DTL-38999 verwendet Pins der Größe 18-20, um bis zu 12 A Strom bei 20-AWG-Verdrahtung zu übertragen. Ein kleinerer 38999-Steckverbinder wird von einigen Anbietern zusammen mit der DLA (Defense Logistics Agency) für eine kleinere Mil-Spec-Version standardisiert, die einen universellen Rundstecker mit kleinerer Baugröße ermöglicht, der ein Dreiganggewinde-Kupplungssystem bietet.

Damit sind ein schnelles Anschließen und eine hohe EMI-Abschirmung garantiert. Der neue Standard wird wahrscheinlich Pins der Größe 23 verwenden und etwa 10 A Strom auf 20-22-AWG-Leitungen unterstützen. Viele Unternehmen bieten bereits kleinere Mikro-Rundsteckverbinder mit der Pin-/Buchsengröße 24 an, die 3 A Strom auf 24-30-AWG-Kabel unterstützen. Einige der kleinsten Rundsteckverbinder verwenden Pins der Größe 30 und unterstützen 1 A bei 30-32-AWG-Verdrahtung. Bei dieser Größe ist zu beachten, dass sich der Pin-zu-Pin-Abstand von über 75 auf 25 mils verringert. Dadurch wird der Durchmesser des Steckers und des angeschlossenen Kabels kleiner. Die Kabelflexibilität erhöht sich dabei.

Viele neue Schaltkreise werden mit niedrigeren Spannungen und Strömen betrieben, was kompaktere Steckverbinder ermöglicht. Die neueren, kleineren Verriegelungs-Steckverbinder lassen sich einfach zusammenstecken, verriegeln sich schnell, sind wasserdicht und nehmen weniger Platz auf den Geräten ein. Spezielle Masseleitungen sowie geflochtene Kabelabschirmungen schützen Kabel vor elektrischer und physischer Beschädigung. Die Abschirmung wird oft über die heute verwendeten Metallverriegelungsstecker verklebt.

Designs für unbemannte Ausrüstung entwickeln sich rasch weiter, und in vielen Fällen ist eine einfaches Trennen und Neuinstallieren von Elektronikmodulen erforderlich. Oft werden Bildspeicher- oder Ethernet-Module bei ISR-Aufklärungsmissionen (Intelligence, Surveillance, Reconnaissance) von Hand gestarteter unbemannter Luftfahrzeuge (UAV; Unmanned Aerial Vehicle) installiert. Mit schnell verriegelnden Steckverbindern werden sie am Boden mit neuen Modulen bestückt. Die kleineren und leichteren Steckverbinder erlauben längere Flugzeiten und eine bessere Manövrierfähigkeit von Hand gestarteter Flugsysteme.

Viele ISR-Schaltungen verwenden Halbleiterbausteine, die mit Gigabit-Datenübertragungsgeschwindigkeiten betrieben werden. Hochgeschwindigkeitsüberwachung und die Bildaufbereitung verlangen auch eine hohe Signalintegrität der Steckverbinder. Die UAV-Bilderfassungsraten steigen indessen immer weiter. Die Geräte senden heute 20-Megapixel-Bilder mit 60 Bildern pro Sekunde (fps). Diese werden komprimiert übertragen oder an Bord gespeichert. Dies entspricht einer Übertragungsgeschwindigkeit digitaler Daten von über 7 GBit/s.

Steckverbinder in unbemannten Geräten müssen robust sein, um den Anforderungen der Anwendung gerecht zu werden. Vor allem die Bestandteile des Steckverbinders und das Gehäuse sind entscheidend. Häufig kommen vernickelte 6061-T6 Aluminium- oder gehärtete Polymerhüllen zum Einsatz, die die Pin-zu-Buchsen-Elemente enthalten. BeCu-Flexpins (Beryllium-Kupfer) werden nach ASTM B194 gefertigt, auf über 17.200 ksi gehärtet und dann mit Nickel/Gold überzogen. Ein geringer Widerstand ist entscheidend, genauso wie der zuverlässige Kontakt bei Stößen und Vibrationen des beweglichen Geräts. Die Kabel sind meist mit verstärktem Kupfer und einer Teflon-Isolierung versehen. Die Steckverbinder werden für hohe Zuverlässigkeit und langlebigen Einsatz vorab getestet.

Die Nachfrage nach leichteren und kleineren Kabeln und Steckverbindern passt gut zu den kleineren Spannungen und Strömen neuer Designs. Deshalb kommen auch immer mehr robuste Mikro- und Nano-Rechteck-Steckverbinder in UAVs zum Einsatz. Die SWaP-Forderungen (Smaller, light Weight and Power) werden auf zwei Arten erfüllt. Erstens, können Entwickler robuste Mil-Spec Mikro- und Nano-D-Steckverbinder einsetzen, um ihre Designs maßgeschneidert zu gestalten. Zweitens, können feste Modelle schnell angepasst und in automatisierten Bearbeitungseinrichtungen verarbeitet werden, so dass sie exakt in die neue Anwendung passen.

Jenseits der Anpassung von Standard-Designs, bieten Hersteller von Steckverbindern heute auch eine Vielzahl von Mixed-Signal-Hybrid-Steckverbindern. Oft lassen sich Größe und Gewicht deutlich reduzieren, indem nur ein Kabel und Stecker verwendet werden, die sowohl den Strom als auch das Signal übertragen. Diese Hybrid-Steckverbinder werden ebenfalls an die jeweiligen Anforderungen der Anwendung angepasst. Die neuen Steckerbezeichnungen müssen noch festgelegt werden, scheinen sich aber bei SWaP-R oder SWaP-C einzupendeln (Speed, light Weight, Power und je nach Bedarf Reliability oder Cost).

Angesichts der Herausforderungen wenden sich immer mehr Entwickler im Bereich unbemannter Systeme an Unternehmen wie Omnetics Connector wenden, um erstklassige Steckverbinder zu erhalten. Das Unternehmen verfügt über mehr als 25 Jahre Erfahrung in der Entwicklung und Fertigung – mit starkem Fokus auf zuverlässige Mikro-/Nano-Miniatur-Steckverbinder und Interconnection-Systeme. Weitere Informationen auf Omnetics.com.

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